PRENOS GOVORA PREKO BEŽINIH LAN MREŽA (VoWLAN)

Transcription

1 XII Telekomunikacioni forum TELFOR 2004, Beograd, Sava Centar, g. PRENOS GOVORA PREKO BEŽINIH LAN MREŽA (VoWLAN) dipl. ing. Ines Miši Preduzee za telekomunikacije, Telekom Srbija a.d, Direkcija za biznis korisnike 1. Uvod Prenos govora preko bežinih LAN (Local Area Network) mreža proširuje njihove mogunosti. WLAN mreže vrše prenos podataka uz pomo Mobile IP protokola, a VoWLAN mreže vrše prenos govora preko Internet protokola. VoWLAN mreže su proširenje VoIP (Voice Over Internet Protocol) mreže. WLAN omoguava pristup Internet-u u pokretu, a VoWLAN dodaje mogunost telefonskih poziva preko mobilnog Internet pristupa. Dobra osobina VoWLAN je ušteda i lako podešavanje mreže. Prenos govora je kljuna aplikacija za dalji razvoj WLAN mreža, ali prvo treba da se reše problemi kvaliteta servisa, sigurnosti i brzog handoff-a. 2. Arhitektura VoWLAN mreže VoWLAN sistemi rade na dva naina, što je prikazano na slici 1. Jedan od naina je rutiranje poziva od telefona do WLAN pristupne take i onda do IP PBX-a. Poziv se dalje šalje preko PSTN mreže do gateway-a koji vrši konverziju PSTN signala u VoIP signal. Drugi nain je korišenje softtelefona. U ovom scenariju korisnici koriste PDA, mobilni telefon ili laptop za poziv do destinacije koja se nalazi u WLAN mreži. Poziv se može rutirati preko Interneta. 3. Problem kvaliteta servisa kod VoWLAN mreža specifikacija podržava dva moda rada: infrastrukturni i adhoc. U infrastrukturnom modu sve krajnje stanice komuniciraju sa fiksnom mrežom i izmeu sebe preko pristupne take AP Access Point. AP mora da obezbedi funkcije mosta da bi prenela saobraaj izmeu krajnjih stanica ili izmeu krajnjih stanica i fiksne mreže. Adhoc mreža omoguava konektivnost izmeu dve krajnje stanice bez potrebe da AP koristi peer-to-peer tip protokola standard specificira mehanizme MAC (Media Access Control) sloja i PHY (Physical) sloja. U sluaju prenosa govora koristi se RTP/UDP/IP iznad MAC i PHY sloja, kao što je prikazano na slici 2. TCP (Transport Control Protocol) vrši retransmisiju paketa ukoliko paket nije uspešno primljen. Retransmisija unosi dodatno kašnjenje na koje je govor netolerantan. Zbog ovog se za prenos govora koristi UDP (User Datagram Protocol) koji ne vrši retransmisiju i ostavlja višim slojevima da vode rauna o uspešnošu pristiglih paketa. RTP prevazilazi te nedostatke ukljuujui sekvencijalne brojeve koji pomažu aplikacijama koje koriste RTP detekciju izgubljenih paketa i omoguava pristizanje paketa u ispravnom rasporedu. RTP paketi imaju markicu vremena koja daje vreme kada je paket uzet od media stream-a na izvoru. Markica je prisutna do destinacije da bi prenos bio sinhronizovan i da bi se odredilo kašnjenje i džiter. RTP nema kapacitet da ispravi kašnjenje i džiter, ali daje dodatne informacije višim slojevima da bi oni imali uvid u situaciju. RTCP ima poruke koje se razmenjuju izmeu korisnika i omoguuju odgovor (reakciju) u zavisnosti od kvaliteta sesije. Ovakav izbor protokola omoguuava efektivan nain prenosa govora preko linka. U realnosti, treba se suoiti sa problemima vezanim sa kvalitetom servisa. Postoji razlika u bežinim i fiksnim mrežama kada je u pitanju kvalitet servisa. QoS u fiksnim mrežama može biti garantovan servis i best-effort servis. Garantovan servis radi sa opsegom mreže koji je vei od zagarantovanog. Kod besteffort servisa, individualni opseg se menja vremenom i korisnik prilagoava opseg u zavisnossti od preoptereenja mreže. Svaka od implementacije ovakve mreže pruža QoS smanjujui broj izgubljenih paketa, kašnjenje i džiter. UDP protokol se može koristiti u mrežama koje omoguuju zagarantovan servis. UDP samo šalje pakete na mreži i ne radi kontrolu da li su paketi stigli na drugu stranu. UDP se oslanja na više slojeve da obezbede siguran prenos paketa do druge strane. TCP protokol se može koristiti kod best-effort mreža (IP mreže). U okviru TCP protokola sa destinacije se šalje ACK poruka koja potvruje da je paket stigao na drugu stranu. Ako ne stigne potvrda ponovo se šalje paket pri manjem protoku pod pretpostavkom da je mreža zagušena. VoIP mreže koriste UDP protokol za best-effort mreže, a gubitak paketa rešavaju viši slojevi. Ovde se predpostavlja da je mreža dizajnirana tako da se smanjuje kašnjenje i džiter. Rešavanje kašnjenja i džitera kod fiksnih mreža je jednostavnije nego kod bežinih mreža. WLAN mreže imaju problem kod propagacije signala. Tako da se kod dizajniranja WLAN mreže moraju uzeti u obzir višestruke putanje i Rejlijev feding MAC sloj ukljuuje ACK (Acknowledgment) protokol. Kada se pošalje paket, pošiljaoc prvo sluša da li ima aktivnosti i ako nema eka neko vreme pre transmisije. Ova metoda se zove CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance). CSMA/CA se može zvati metodom prvo slušaj, onda priaj. Ako se ne primi ACK, da li zbog interferencije ili kolizije, ceo proces se ponavlja. ACK protokol MAC sloja je nezavistan od viših slojeva, bez obzira da li je UDP ili TCP. ACK protokol pruža pouzdanost u WLAN prenosu i veoma je koristan u prenosu podataka.

2 Ali u prenosu govora ACK protokol dodaje kašnjenje i džiter. Da bi se rešio problem džitera mora da se koristi bafer da bi se ustalilo kašnjenje. ACK protokol nije jedini problem za kvaliteta govora u kod WLAN mreža. WLAN MAC sloj ukljuuje i RTS/CTS (Request To Send/Clear To Send) mehanizam. Izvor prvo šalje RTS zahtev destinacionoj taki, koja odgovara sa porukom CTS. Kada pošiljaoc primi CTS on šalje podatke na koje primaoc odgovara sa ACK. RTS obaveštava sve stanice u okolini da e doi do prenosa radi izbegavanja sudara. Kada se RTS i CTS koriste zajedno smanjuje se mogunost kolizije na sistemu ali zato dodaju kašnjenje u sistemu Da bi se izbegli problemi koje unosi ACK protokol, mogu da se implementiraju tehnike koje bi smanjile retransmisiju. Jedan od naina je deljenje paketa na manje. ACK funkcija je i dalje potrebna pri transmisiji podeljenih paketa, ali e se smanjiti kašnjenje i džiter jer je verovatnoa ometanja pri transmisiji sada manja. Ovo poboljšava VoIP bežine implementacije pogotovu ako se koristi kodek sa malim protokom za kompresiju govornog saobraaja. Može da se koristi G.729 ili G.723 kodek radi smanjenja kašnjenja i džitera i ako oni sami dodaju neko fiksno kašnjenje na putanji govora. Kvalitet prenosa govora je poboljšan kada se koristi DSP (digital signal procesor) kod kranje stanice e specifikacija daje alternativno rešenje za QoS probleme. Specifikacija definiše EDFC (Enhanced Distributed Control Function) i HCF (Hybrid Coordination Function) funkcije koje definišu klase saobraaja TC (Traffic Class), tako da elektronskoj pošti može biti dodeljena klasa nižeg prioriteta, a govoru višeg. Sa EDCF stanica koja šalje prioritetniji saobraaj eka manje za prenos paketa. Kod HCF funkcije se interval izmeu dva rama deli na dva perioda: CFP (Contetion Free Period) i i CP (Contention Period). HC (Hybrid Coordinator), što je uglavnom pristupna taka AP kontroliše pristup medijumu. Za vreme CP perioda sve stanice funkcionišu po EDFC funkciji. HC koordinira saobraajem. Stanice daju informacije o dužini ekanja za svaku klasu saobraaja. HC koristi ove informacije da bi dodelio prioritet stanicama. Stanice mogu da šalju više paketa odjednom za vreme odreenog perioda koji odreuje HC. Za vreme CFP perioda AP HC šalje Contention Free-Poll pakete svim stanicama pojedinano ime im daje pravo za slanje paketa. Sa HCF funkcijom se kvalitet servisa može precizno konfigurisati u smislu kontrole opsega, klasa saobraaja džitera itd g specifikacija rešava neke QoS probleme vezane za interferenciju na bežinim kanalima. Specifikacije definiše korišenje OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) modulaciju ime se smanjuje greška, kašnjenje i džiter. 3. Problem sigurnosti kod VoWLAN mreža Postoji razlika izmeu fiksnih i bežinih mreža kad je u pitanju sigurnost. Implementiranje VoIP mreže na fiksnu mrežu nema sigurnosnih problema. Ali implementiranje VoIP na WLAN sisteme zahteva pažnju na bolju sigurnost prenosa. Problemi kod WLAN okruženja su privatnost poziva i odbijanje servisa. Autentikacija i saobraaj paketa treba da budu sigurni da bi se obezbedila sigurnost. Postoji više metoda sigurnosti koje mogu da se koriste u WLAN mrežama: WEP (Wired Equivalent Privacy), 802.1x, WPA i i. WEP kodira saobraaj ali sa samo jednim parom kljueva koje koriste svi korisnici u mreži, tako da ako se otkriju kljuevi cela mreža je nezaštiena. WEP je statika implementacija tako da je nemogue da mrežni operater promeni klju AP-a jer bi to zahtevalo promenu na svim stanicama. Još jedna mana WEP metode je ta što je autentikacija korisnika pristupnoj taki AP jednosmerna. Što znai da se korisnik autentifikuje AP-u, a AP ne. Tako da AP može lažno da se predstavi x metoda obezbeuje jaku autentifikaciju koja je dvosmerna, kao što je autentifikacija pomou RADIUS servera. Pored toga 802.x dodeljuje nove kljueve korisnicima i pristupnim takama. WPA i i je skup protokola sigurnosti. Oba standarda koriste 802.1x zbog jake autentikacije i jae kriptovanje. Jedan od problema kod WLAN mreže je ta što se MAC adrese mogu lako otkriti da bi se vršio spoof AP-a. Pored poboljšanja u sigurnosti koje unose WPA i i postoji problem u smislu kompleksnosti pri prenosu govora. Svaka autentikacija dodaje kašnjenje paketu, što je neprihvatljivo za aplikacije u realnom vremenu. 4. Problem roam-inga kod VoWLAN mreža Roaming i interoperativnost su takoe bitni za prenos govora preko WLAN mreže. WLAN mreže moraju da podrže brzi handoff i brzu autentikaciju izmeu pristupnih taaka kada je u pitanju prenos govora. Ako handoff nije brz dolazi do dodatnog kašnjenja. IAPP (Inter Access Point Protocol) protokol se koristi za roaming izmeu AP-a. Handoff izmeu AP-a može da dostigne i 400 ms x ima metode za smanjenje kašnjenja usled handoff-a. Treba da se uzme u obzir i roaming govornih poziva izmeu WLAN mreže i mreže mobilne telefonije. Tek treba da se razviju standardi za VoIP roaming preko WLAN mreže i mreže mobilne telefonije 5. Zakljuak Atraktivnost prenosa govora preko WLAN mreže sledi iz uštede i jednostavnosti postavke same mreže. Internacionalni pozivi bi bili mnogo jeftiniji preko VoWLAN mreže. VoWLAN mreže su najadekvatnije za firme iji zaposleni imaju potrebu esto da putuju. Kao i kod svakog prenosa govora preko Internet-a problem je u kvalitetu veze. Sadašnja VoWLAN rešenja ne mogu da obezbede zadovoljavajui kvalitet servisa zbog promenljive bežine transmisije i handoff-a izmeu pristupnih taaka. Sporo kriptovanje i autentikacija je još jedna od konica VoWLAN tehnologija.

3 WLAN PSTN mreža IP PBX Pristupna taka SS7 Gateway Internet IP IP/PBX konvertor Pristupna taka WLAN IP/PBX konvertor Slika 1 Arhitektura VoWLAN mreže Voice codec RTP UDP RTCP IP MAC sloj PHY sloj Signalizacija TCP Slika 2 Arhitektura protokola kod VoWLAN mreže Zbog trenutnih nedostataka pri velikom saobraaju može da doe do odbijanja poziva. VoWLAN mreže imaju ogranien broj istovremenih poziva zbog slabe prioritizacije govora. Za sada VoWLAN rešenja nisu pouzdana ali se teži ka poboljšanjima u polju sigurnosti i brzog handoff-a izmeu krajnjih taaka, jer VoWLAN tehnologija može biti sledei korak u mobilnoj telefoniji. [2] William Starllings; Wireless Communications and Networks; Prentice-Hall, New Jersey [3] Ramjee Prasad, Luis Munoz; WLANs and WPANs Towards 4G Wireless; Universal Personal Communications, 2003 Abstract: The main characteristics of VoWLAN networks is their simplicity and opportunity to give end users more flexible services at a lower cost. The next big step in growth of WLAN networks is transmiting voice over Internet. WLAN network is primarly designed for packet data. Adding voice calls for new methods for achieving quality of service that users expect. In this paper the idea of VoWLAN network is explained and the problems that have to be fixed in order to meet satisfactory quality. Voice over WLAN, dipl. ing Ines Miši LITERATURA [1] Franklin D. Ohrtman, Jr; Softswitch, Architecture for VoIP; McGraw-Hill NETWORKING, New York 2003.

4

5

6